分布式鎖是一種用于保證分布式系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程或線程同步訪問(wèn)共享資源的技術(shù)。同時(shí)它又是面試中的常見(jiàn)問(wèn)題，所以我們本文就重點(diǎn)來(lái)看分布式鎖的具體實(shí)現(xiàn)（含實(shí)現(xiàn)代碼）。

在分布式系統(tǒng)中，由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信延遲、故障等原因，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。分布式鎖通過(guò)協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的行為，保證在任何時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)共享資源，以避免數(shù)據(jù)的不一致性和沖突。

1.分布式鎖要求

分布式鎖通常需要滿足以下幾個(gè)要求：

• 互斥性：在任意時(shí)刻只能有一個(gè)客戶端持有鎖。
• 不會(huì)發(fā)生死鎖：即使持有鎖的客戶端發(fā)生故障，也能保證鎖最終會(huì)被釋放。
• 具有容錯(cuò)性：分布式鎖需要能夠容忍節(jié)點(diǎn)故障等異常情況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.實(shí)現(xiàn)方案

在 Java 中，實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方案有多種，包括：

• 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的分布式鎖：可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的樂(lè)觀鎖或悲觀鎖實(shí)現(xiàn)分布式鎖，但是由于數(shù)據(jù)庫(kù)的 IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場(chǎng)景。
• 基于 ZooKeeper 實(shí)現(xiàn)的分布式鎖：ZooKeeper 是一個(gè)高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，可以通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖。但是使用 ZooKeeper 需要部署額外的服務(wù)，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。
• 基于 Redis 實(shí)現(xiàn)的分布式鎖：Redis 是一個(gè)高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，支持分布式部署，可以通過(guò)Redis的原子操作實(shí)現(xiàn)分布式鎖，而且具有高性能和高可用性。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)分布式鎖

數(shù)據(jù)庫(kù)的樂(lè)觀鎖或悲觀鎖都可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖，下面分別來(lái)看。

3.1 悲觀鎖

在數(shù)據(jù)庫(kù)中使用 for update 關(guān)鍵字可以實(shí)現(xiàn)悲觀鎖，我們?cè)?Mapper 中添加 for update 即可對(duì)數(shù)據(jù)加鎖，實(shí)現(xiàn)代碼如下：

<!--?UserMapper.xml?-->
<select?id="selectByIdForUpdate"?resultType="User">
????SELECT?*?FROM?user?WHERE?id?=?#{id}?FOR?UPDATE
</select>

在 Service 中調(diào)用 Mapper 方法，即可獲取到加鎖的數(shù)據(jù)：

@Transactional
public?void?updateWithPessimisticLock(int?id,?String?name)?{
????User?user?=?userMapper.selectByIdForUpdate(id);
????if?(user?!=?null)?{
????????user.setName(name);
????????userMapper.update(user);
????}?else?{
????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)不存在");
????}
}

3.2 樂(lè)觀鎖

在 MyBatis 中，可以通過(guò)給表添加一個(gè)版本號(hào)字段來(lái)實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖。在 Mapper 中，使用標(biāo)簽定義更新語(yǔ)句，同時(shí)使用 set 標(biāo)簽設(shè)置版本號(hào)的增量。

<!--?UserMapper.xml?-->
<update?id="updateWithOptimisticLock">
????UPDATE?user?SET
????name?=?#{name},
????version?=?version?+?1
????WHERE?id?=?#{id}?AND?version?=?#{version}
</update>

在 Service 中調(diào)用 Mapper 方法，需要傳入更新數(shù)據(jù)的版本號(hào)。如果更新失敗，說(shuō)明數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他事務(wù)修改，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

@Transactional
public?void?updateWithOptimisticLock(int?id,?String?name,?int?version)?{
????User?user?=?userMapper.selectById(id);
????if?(user?!=?null)?{
????????user.setName(name);
????????user.setVersion(version);
????????int?rows?=?userMapper.updateWithOptimisticLock(user);
????????if?(rows?==?0)?{
????????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)已被其他事務(wù)修改");
????????}
????}?else?{
????????throw?new?RuntimeException("數(shù)據(jù)不存在");
????}
}

4.Zookeeper 分布式鎖

在 Spring Boot 中，可以使用 Curator 框架來(lái)實(shí)現(xiàn) ZooKeeper 分布式鎖，具體實(shí)現(xiàn)分為以下 3 步：

• 引入 Curator 和 ZooKeeper 客戶端依賴；
• 配置 ZooKeeper 連接信息；
• 編寫(xiě)分布式鎖實(shí)現(xiàn)類。

4.1 引入 Curator 和 ZooKeeper

<dependency>
????<groupId>org.apache.curator</groupId>
????<artifactId>curator-framework</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
????<groupId>org.apache.curator</groupId>
????<artifactId>curator-recipes</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>
<dependency>
????<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
????<artifactId>zookeeper</artifactId>
????<version>latest</version>
</dependency>

4.2 配置 ZooKeeper 連接

在 application.yml 中添加 ZooKeeper 連接配置：

spring:
??zookeeper:
????connect-string:?localhost:2181
????namespace:?demo

4.3 編寫(xiě)分布式鎖實(shí)現(xiàn)類

@Component
public?class?DistributedLock?{
????@Autowired
????private?CuratorFramework?curatorFramework;
????/**
?????*?獲取分布式鎖
?????*
?????*?@param?lockPath???鎖路徑
?????*?@param?waitTime???等待時(shí)間
?????*?@param?leaseTime??鎖持有時(shí)間
?????*?@param?timeUnit???時(shí)間單位
?????*?@return?鎖對(duì)象
?????*?@throws?Exception?獲取鎖異常
?????*/
????public?InterProcessMutex?acquire(String?lockPath,?long?waitTime,?long?leaseTime,?TimeUnit?timeUnit)?throws?Exception?{
????????InterProcessMutex?lock?=?new?InterProcessMutex(curatorFramework,?lockPath);
????????if?(!lock.acquire(waitTime,?timeUnit))?{
????????????throw?new?RuntimeException("獲取分布式鎖失敗");
????????}
????????if?(leaseTime?>?0)?{
????????????lock.acquire(leaseTime,?timeUnit);
????????}
????????return?lock;
????}
????/**
?????*?釋放分布式鎖
?????*
?????*?@param?lock?鎖對(duì)象
?????*?@throws?Exception?釋放鎖異常
?????*/
????public?void?release(InterProcessMutex?lock)?throws?Exception?{
????????if?(lock?!=?null)?{
????????????lock.release();
????????}
????}
}

5.Redis 分布式鎖

我們可以使用 Redis 客戶端 Redisson 實(shí)現(xiàn)分布式鎖，它的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

• 添加 Redisson 依賴
• 配置 Redisson 連接信息
• 編寫(xiě)分布式鎖代碼類

5.1 添加 Redisson 依賴

在 pom.xml 中添加如下配置：

<!--?https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson-spring-boot-starter?-->
<dependency>
????<groupId>org.redisson</groupId>
????<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
????<version>3.20.0</version>
</dependency>

5.2 配置 Redisson 連接

在 Spring Boot 項(xiàng)目的配置文件 application.yml 中添加 Redisson 配置：

spring:
??data:
????redis:
??????host:?localhost
??????port:?6379
??????database:?0
redisson:
??codec:?org.redisson.codec.JsonJacksonCodec
??single-server-config:
????address:?"redis://${spring.data.redis.host}:${spring.redis.port}"
????database:?"${spring.data.redis.database}"
????password:?"${spring.data.redis.password}"

5.3 編寫(xiě)分布式鎖代碼類

import?jakarta.annotation.Resource;
import?org.redisson.Redisson;
import?org.redisson.api.RLock;
import?org.springframework.stereotype.Service;
import?java.util.concurrent.TimeUnit;
@Service
public?class?RedissonLockService?{
????@Resource
????private?Redisson?redisson;
????/**
?????*?加鎖
?????*
?????*?@param?key?????分布式鎖的?key
?????*?@param?timeout?超時(shí)時(shí)間
?????*?@param?unit????時(shí)間單位
?????*?@return
?????*/
????public?boolean?tryLock(String?key,?long?timeout,?TimeUnit?unit)?{
????????RLock?lock?=?redisson.getLock(key);
????????try?{
????????????return?lock.tryLock(timeout,?unit);
????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????Thread.currentThread().interrupt();
????????????return?false;
????????}
????}
????/**
?????*?釋放分布式鎖
?????*
?????*?@param?key?分布式鎖的?key
?????*/
????public?void?unlock(String?key)?{
????????RLock?lock?=?redisson.getLock(key);
????????lock.unlock();
????}
}

6.Redis VS Zookeeper

Redis 和 ZooKeeper 都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)分布式鎖的機(jī)制和原理上有所不同，具體區(qū)別如下：

• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式：Redis 將鎖信息存儲(chǔ)在內(nèi)存中，而 ZooKeeper 將鎖信息存儲(chǔ)在 ZooKeeper 的節(jié)點(diǎn)上，因此 ZooKeeper 需要更多的磁盤(pán)空間。
• 鎖的釋放：Redis 的鎖是通過(guò)設(shè)置鎖的過(guò)期時(shí)間來(lái)自動(dòng)釋放的，而 ZooKeeper 的鎖需要手動(dòng)釋放，如果鎖的持有者出現(xiàn)宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中斷等情況，需要等待鎖的超時(shí)時(shí)間才能自動(dòng)釋放。
• 鎖的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制：Redis 使用的是單機(jī)鎖，即所有請(qǐng)求都直接連接到同一臺(tái) Redis 服務(wù)器，容易發(fā)生單點(diǎn)故障；而 ZooKeeper 使用的是分布式鎖，即所有請(qǐng)求都連接到 ZooKeeper 集群，具有較好的可用性和可擴(kuò)展性。
• 一致性：Redis 的鎖是非嚴(yán)格意義下的分布式鎖，因?yàn)樵诙嗯_(tái)機(jī)器上運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程時(shí)，由于 Redis 的主從同步可能會(huì)存在數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題；而 ZooKeeper 是強(qiáng)一致性的分布式系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)的一致性。
• 性能：Redis 的性能比 ZooKeeper 更高，因?yàn)?Redis 將鎖信息存儲(chǔ)在內(nèi)存中，而 ZooKeeper 需要進(jìn)行磁盤(pán)讀寫(xiě)操作。

總之，Redis 適合實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的分布式鎖場(chǎng)景，而 ZooKeeper 適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的分布式協(xié)調(diào)場(chǎng)景，也就是 ZooKeeper 適合強(qiáng)一致性的分布式系統(tǒng)。

強(qiáng)一致性是指系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)刻看到的數(shù)據(jù)都是一致的。ZooKeeper 中的數(shù)據(jù)是有序的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有唯一的路徑標(biāo)識(shí)符，所有節(jié)點(diǎn)都共享同一份數(shù)據(jù)，當(dāng)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到通知，更新數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的一致性。在 ZooKeeper 中，強(qiáng)一致性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作上。ZooKeeper 使用 ZAB（ZooKeeper Atomic Broadcast）協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)的一致性，該協(xié)議確保了數(shù)據(jù)更新的順序，所有的數(shù)據(jù)更新都需要經(jīng)過(guò)集群中的大多數(shù)節(jié)點(diǎn)確認(rèn)，保證了數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。

小結(jié)

在 Java 中，使用數(shù)據(jù)庫(kù)、ZooKeeper 和 Redis 都可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖。但數(shù)據(jù)庫(kù) IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場(chǎng)景；Redis 執(zhí)行效率最高，但在主從切換時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)鎖丟失的情況；ZooKeeper 是一個(gè)高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，可以保證數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性，但是使用 ZooKeeper 需要部署額外的服務(wù)，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。所以沒(méi)有最好的解決方案，只有最合適自己的解決方案。

以上就是Java實(shí)現(xiàn)分布式鎖的3種方法總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java分布式鎖的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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